CN114740907A - 一种目标跟踪拍摄线路的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种目标跟踪拍摄线路的控制方法及系统。该控制方法包括：获取跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离，及跟踪目标方位与移动拍摄设备参考方向之间的实时角度；根据用户选择的拍摄线路跟踪模式、所述实时距离和实时角度得到移动拍摄设备的运动速度和运动角度，从而控制移动拍摄设备运动；其中，所述拍摄线路跟踪模式包括直线模式、S形模式和环绕模式。本发明解决了拍摄线路模式固定单一的问题，实现对拍摄轨迹曲线形状的控制，达到了能根据用户需求对跟踪目标的多角度拍摄的效果。

Description

一种目标跟踪拍摄线路的控制方法及系统

技术领域

本发明实施例涉及跟踪拍摄技术领域，尤其涉及一种目标跟踪拍摄线路的控制方法及系统。

背景技术

现在技术中，智能目标跟踪拍摄一般为固定直线拍摄或者随意的跟踪拍摄，这样的跟踪拍摄线路较为单一或随意，用户无法控制拍摄轨迹的曲线形状，而且现有技术也不能实现多角度的拍摄，如何实现对拍摄轨迹曲线形状的控制，实现对跟踪目标的多角度拍摄是我们亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种目标跟踪拍摄线路的控制方法及系统，以实现对拍摄轨迹曲线形状的控制，实现对跟踪目标的多角度拍摄的技术效果。

第一方面，本发明实施例提供了一种目标跟踪拍摄线路的控制方法，该控制方法包括：

获取跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离，及跟踪目标方位与移动拍摄设备参考方向之间的实时角度；

根据用户选择的拍摄线路跟踪模式、所述实时距离和实时角度得到移动拍摄设备的运动速度和运动角度，从而控制移动拍摄设备运动；其中，所述拍摄线路跟踪模式包括直线模式、S形模式和环绕模式。

其中，所述根据用户选择的拍摄线路跟踪模式、所述实时距离和实时角度得到移动拍摄设备的运动速度和运动角度，从而控制移动拍摄设备的运动包括：

根据公式：

计算移动拍摄设备的运动速度及运动角度；其中，

s_q＝∑v′_q·T_s；v′_q＝v·cos(β-θ)；v′q＝v·cos(β-θ)；v为运动速度；v_d为切向速度；v_q为径向速度；β为运动角度；θ为实时角度；K为一常数；d_ref是设定的距离参考值；d为跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离；c为常数；A为波动幅度；s_q为径向移动距离；v′_q为运动速度v在径向参考方向上的速度投影；T_s为速度采样周期，为一恒定值；

根据计算的运动速度和运动角度控制移动拍摄设备运动。

其中，所述获取跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离，及跟踪目标方位与移动拍摄设备参考方向之间的实时角度之前，还包括：

获取用户选择的拍摄线路跟踪模式。

其中，所述获取用户选择的拍摄线路跟踪模式具体包括：

接收用户通过移动终端或者手势识别方式输入的跟踪模式切换指令；

所述获取用户选择的拍摄线路跟踪模式具体为：获取所述跟踪模式切换指令对应的拍摄线路跟踪模式。

第二方面，本发明实施例提供了一种目标跟踪拍摄线路的控制系统，该控制系统包括：

参数获取模块，用于获取跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离，及跟踪目标方位与移动拍摄设备参考方向之间的实时角度；

控制模块，用于根据用户选择的拍摄线路跟踪模式、所述实时距离和实时角度得到移动拍摄设备的运动速度和运动角度，从而控制移动拍摄设备运动；其中，所述拍摄线路跟踪模式包括直线模式、S形模式和环绕模式。

其中，所述控制模块包括：

计算单元，用于根据公式：

计算移动拍摄设备的运动速度及运动角度；其中，v_q＝K·(d_ref-d)；

s_q＝∑v′_q·T_s；v′_q＝v·cos(β-θ)；v′_q＝v·cos(β-θ)；v为运动速度；v_d为切向速度；v_q为径向速度；β为运动角度；θ为实时角度；K为一常数；d_ref是设定的距离参考值；d为跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离；c为常数；A为波动幅度；s_q为径向移动距离；v′_q为运动速度v在径向参考方向上的速度投影；T_s为速度采样周期，为一恒定值；

控制单元，用于根据计算的运动速度和运动角度控制移动拍摄设备运动。

其中，所述控制系统还包括：

模式获取模块，用于获取用户选择的拍摄线路跟踪模式。

其中，所述模式获取模块具体包括：

指令接收单元，用于接收用户通过移动终端或者手势识别方式输入的跟踪模式切换指令；

模式获取单元，用于获取所述跟踪模式切换指令对应的拍摄线路跟踪模式。

本发明通过根据用户选择的拍摄线路跟踪模式、跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离和跟踪目标方位与移动拍摄设备参考方向之间的实时角度控制移动拍摄设备运动，能实现各拍摄线路跟踪模式之间的自由切换；其中拍摄线路跟踪模式包括直线模式、S形模式和环绕模式，解决了拍摄线路模式固定单一的问题，实现对拍摄轨迹曲线形状的控制，达到了能根据用户需求对跟踪目标的多角度拍摄的效果。

附图说明

图1本发明实施例一提供的一种目标跟踪拍摄线路的控制方法的方法流程图。

图2本发明实施例一提供的移动拍摄设备对跟踪目标进行跟踪的示意图。

图3是本发明实施例二提供的一种目标跟踪拍摄线路的控制方法的方法流程图。

图4是本发明实施例二提供的一种目标跟踪拍摄线路的控制方法的子方法流程图。

图5是本发明实施例三提供的一种目标跟踪拍摄线路的控制系统的系统框图。

图6是本发明实施例三提供的另一种目标跟踪拍摄线路的控制系统的系统框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种目标跟踪拍摄线路的控制方法的方法流程图，本实施例可适用于目标跟踪拍摄情况，该方法可以由移动拍摄设备来执行，移动拍摄设备包括云台相机、移动装置和控制器，控制器分别于云台相机及移动装置电性连接；移动装置用于放置云台相机，且所述移动装置上设有用于控制移动装置前进方向的舵机及用于控制移动装置运行速度的电机，控制器设置在所述移动拍摄设备上，云台相机包括云台及设置在云台上的摄像头，云台为三轴云台，能够带动摄像头进行各个方向上的转动，实现角度的全方位调整，以对目标进行各个方向的跟踪拍摄。控制器通过获取分析云台、移动装置中的舵机和电机的参数，根据分析结果来控制云台和移动装置的运行来达到对目标的跟踪拍摄，实现对目标跟踪拍摄线路的控制；在一些实施例中，移动拍摄设备还包括能对跟踪目标进行定位的传感器组件，控制器获取传感器组件的参数以得到跟踪目标与移动拍摄设备之间的距离和位置关系；在另一些实施例中，控制器也可以通过视觉方法获取与移动拍摄设备之间的距离和位置关系。本发明中控制器可选用所有基于ARM-M3/M4内核架构的MCU，例如STM32系列、GD32系列或者其他平台的32位微控制芯片，优选地，选用型号为GD32F330的微控制芯片作为本实施例的控制器，本实施例中，移动装置为智能小车。本发明实施例提供的目标跟踪拍摄线路的控制方法包括步骤S110和步骤S120，具体内容如下：

步骤S110、获取跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离，及跟踪目标方位与移动拍摄设备参考方向之间的实时角度。

控制器基于深度学习神经网络直接获取云台相机的yaw轴云台角度参数，从而获取跟踪目标方位与移动拍摄设备参考方向之间的实时角度；且控制器基于深度学习神经网络从云台相机的图像中获取跟踪目标与摄像头的距离，即跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离；该技术为本领域技术人员常用的技术手段，在此不再赘述。控制器根据yaw轴云台角度参数控制云台相机云台的转动进而控制摄像头的转向，并根据所述实时距离和实时角度计算获得舵机转角控制参数和电机的转动速度；以使得移动装置能对跟踪目标进行跟踪拍摄。

步骤S120、根据用户选择的拍摄线路跟踪模式、所述实时距离和实时角度得到移动拍摄设备的运动速度和运动角度，从而控制移动拍摄设备运动；其中，所述拍摄线路跟踪模式包括直线模式、S形模式和环绕模式。

本实施例中，拍摄线路跟踪模式包括直线模式、S形模式和环绕模式，用户可以根据需求选择对应的拍摄线路，以及在各个拍摄线路跟踪模式之间自由切换，降低了摄影师的技能要求，实现了对拍摄技巧的简化，对拍摄效果的提升。

在一些实施例中，步骤S120包括步骤S121～步骤S122，具体内容如下：

步骤S121、根据公式：

计算移动拍摄设备的运动速度v及运动角度β；其中，v_q＝K·(d_ref-d)；

s_q＝∑v′_q·T_s；v′_q＝v·cos(β-θ)；v为运动速度；v_d为切向速度；v_q为径向速度；β为运动角度；θ为实时角度；K为一常数；d_eef是设定的距离参考值；d为跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离；c为常数；A为波动幅度；s_q为径向移动距离；v′_q为运动速度v在径向参考方向上的速度投影；T_s为速度采样周期，为一恒定值。

本实施例中，可以通过视觉方法或者传感器组件获取跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离d，及跟踪目标方位与移动拍摄设备参考方向(移动拍摄设备前进的方向)之间的实时角度θ，如图2所示，本实施例的控制方法先将控制分为径向控制和切向控制两个部分，其中，切向速度为v_d，径向速度为v_q，θ为实时角度，最后由两个方向的速度合成最终的速度和转向，即运动速度v和运动角度β。

其中径向指向是跟踪目标所在的方向，径向指向随着跟踪目标方位的变化而不断变化。径向控制的目的是实现移动拍摄设备与跟踪目标之间的距离控制，径向速度v_q＝f(d_ref-d)，其中f(·)是误差补偿函数，可以简单设计为一个比例控制参数或使用广泛应用的PID控制器来实现。在一些实施例中，f(·)设置为一比例控制参数，则径向速度v_q＝K·(d_ref-d)，K可以根据模型计算得出，或由工程方法来测定，此处不再赘述。

其中对于切向控制，通过移动装置的速度和转角可以获得径向移动距离，径向移动距离为s_q，切向移动距离为S_d，通过移动装置的速度和转角可以获得径向移动距离s_q＝∑v′_q·T_s，其中，v′_q＝v·cos(β-θ)；v′_q为运动速度v在径向参考方向上的速度投影；T_s为速度采样周期，为一恒定值。而对于切向移动距离S_d的设定则决定了跟踪拍摄线路的形状，若想要得到直线的跟踪拍摄线路，则设定切向移动距离S_d＝0即可获得直线跟踪拍摄线路；若想要得到环绕(圆形)的拍摄线路，则设定切向移动距离S_d为一条随时间递增的线性函数，可设S_d＝c·t，c是旋转的切向速度，是一个恒定值；也可以修改为一个变速的值，实现变速的旋转；这样即可获得圆形的跟踪拍摄线路，以实现对跟踪目标的环绕拍摄；若想得到S形的跟踪拍摄线路，则设定切向移动距离s_d＝A·sin(s_q)，切向移动距离S_d随着径向移动距离Sq进行波动，其中A为波动幅度，可以为一恒定值，也可以为变化值。根据切向移动距离S_d可以进一步得到切向速度

对于直线形跟踪拍摄线路，v_d＝0；对于圆形跟踪拍摄线路，v_d＝c；对于S形跟踪拍摄线路，v_d＝A·v_q·cos(s_q)；最终根据径向速度v_q和切向速度v_d及公式

计算得到移动拍摄设备的运动速度v及运动角度β。

步骤S122、根据计算的运动速度和运动角度控制移动拍摄设备运动。

控制器根据计算得到的移动拍摄设备的运动速度v及运动角度β控制移动拍摄设备运动，即根据运动速度v控制移动拍摄设备中移动装置电机的转动及根据运动角度β控制移动拍摄设备中移动装置舵机的转向，从而实现对拍摄路线的切换及控制。

本实施例通过视觉方法或者传感器组件获取跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离d及跟踪目标方位与移动拍摄设备参考方向之间的实时角度θ，并根据用户选择的拍摄线路跟踪模式、实时距离d和实时角度θ计算得到得到移动拍摄设备的运动速度和运动角度，从而控制移动拍摄设备运动，其中，拍摄线路跟踪模式包括直线模式、S形模式和环绕模式，本实施例解决了拍摄线路模式固定单一的问题，实现了在对跟踪目标跟踪的同时，能控制拍摄轨迹曲线的形状，达到了能根据用户需求对跟踪目标的多角度拍摄的效果。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的一种目标跟踪拍摄线路的控制方法的方法流程图，如图3所示，本发明实施例提供的目标跟踪拍摄线路的控制方法包括步骤S210和步骤S230，具体内容如下，其中步骤S220和步骤S230分别与实施例一中的步骤S110和步骤S120相对应，这里不再详细描述，具体内容可见实施例一中的步骤S110和步骤S120。

步骤S210、获取用户选择的拍摄线路跟踪模式。

本实施例中，拍摄线路跟踪模式包括直线模式、S形模式和环绕模式，获取用户选择的拍摄线路跟踪模式，能实现对拍摄线路的自由切换，使得跟踪拍摄效果更能满足用户的需求。在一些实施例中，如图4所示，步骤S210包括步骤S211～步骤S212，具体内容如下：

步骤S211、接收用户通过移动终端或者手势识别方式输入的跟踪模式切换指令。

本实施例中，接收用户通过移动终端或者手势识别方式输入的跟踪模式切换指令，可以是接收拍摄者通过移动终端输入的跟踪模式切换指令、接收拍摄者通过手势识别方式输入的跟踪模式切换指令、接收跟踪目标通过移动终端输入的跟踪模式切换指令、或接收跟踪目标通过手势识别方式输入的跟踪模式切换指令，本实施例在对跟踪目标进行跟踪拍摄的同时亦可实现对拍摄线路的控制，进一步提高了用户的使用体验，实现了无人跟踪拍摄。跟踪目标通过手势识别方式输入跟踪模式切换指令，跟踪目标能独立完成跟踪模式的切换，无需其他人操作，操作简单方便，大大提高了用户的使用体验。步骤S212、获取所述跟踪模式切换指令对应的拍摄线路跟踪模式。

步骤S220、获取跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离，及跟踪目标方位与移动拍摄设备参考方向之间的实时角度。

在一些实施例中，步骤S220包括步骤S221～步骤S222，具体内容如下：

步骤S221、根据公式：

计算移动拍摄设备的运动速度及运动角度；其中，v_q＝K·∑(d_ref-d)；

s_q＝∑v′_q·T_s；v′_q＝v·cos(β-θ)；v为运动速度；v_d为切向速度；v_q为径向速度；β为运动角度；θ为实时角度；K为一常数；d_ref是设定的距离参考值；d为跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离；c为常数；A为波动幅度；s_q为径向移动距离；v′_q为运动速度v在径向参考方向上的速度投影；T_s为速度采样周期，为一恒定值。

步骤S222、根据计算的运动速度和运动角度控制移动拍摄设备运动。

步骤S230、根据用户选择的拍摄线路跟踪模式、所述实时距离和实时角度得到移动拍摄设备的运动速度和运动角度，从而控制移动拍摄设备运动；其中，所述拍摄线路跟踪模式包括直线模式、S形模式和环绕模式。

本实施例中，用户可通过移动终端或者手势识别方式输入的跟踪模式切换指令，通过视觉方法或者传感器组件获取跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离d及跟踪目标方位与移动拍摄设备参考方向之间的实时角度θ，并根据指令对应的拍摄线路跟踪模式、实时距离d和实时角度θ计算得到得到移动拍摄设备的运动速度和运动角度，从而控制移动拍摄设备运动，其中，拍摄线路跟踪模式包括直线模式、S形模式和环绕模式，本实施例解决了拍摄线路模式固定单一的问题，实现了在对跟踪目标跟踪的同时，能控制拍摄轨迹曲线的形状，达到了能根据用户需求对跟踪目标的多角度拍摄的效果。

实施例三

本发明实施例所提供的目标跟踪拍摄线路的控制系统可执行本发明任意实施例所提供的目标跟踪拍摄线路的控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果，在本实施例中未详尽的内容可参考本发明实施例一和实施例二中的对应的内容。如图5所示，本发明实施例所提供的目标跟踪拍摄线路的控制系统包括：

参数获取模块10，用于获取跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离，及跟踪目标方位与移动拍摄设备参考方向之间的实时角度。

控制模块20，用于根据用户选择的拍摄线路跟踪模式、所述实时距离和实时角度得到移动拍摄设备的运动速度和运动角度，从而控制移动拍摄设备运动；其中，所述拍摄线路跟踪模式包括直线模式、S形模式和环绕模式。

在一些实施例中，如图6所示，控制模块20具体包括：

计算单元21，用于根据公式：

计算移动拍摄设备的运动速度及运动角度；其中，v_q＝K·(d_ref-d)；

s_q＝∑v′_q·T_s；v′_q＝v·cos(β-θ)；v′_q＝v·cos(β-θ)；v为运动速度；v_d为切向速度；v_q为径向速度；β为运动角度；θ为实时角度；K为一常数；d_ref是设定的距离参考值；d为跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离；c为常数；A为波动幅度；s_q为径向移动距离；v′_q为运动速度v在径向参考方向上的速度投影；T_s为速度采样周期，为一恒定值。

控制单元22，用于根据计算的运动速度和运动角度控制移动拍摄设备运动。

在一些实施例中，如图6所示，本发明实施例所提供的目标跟踪拍摄线路的控制系统还包括模式获取模块30，用于获取用户选择的拍摄线路跟踪模式。

在一些实施例中，如图6所示，模式获取模块30具体包括：

指令接收单元31，用于接收用户通过移动终端或者手势识别方式输入的跟踪模式切换指令。

模式获取单元32，用于获取所述跟踪模式切换指令对应的拍摄线路跟踪模式。

本实施例通过视觉方法或者传感器组件获取跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离d及跟踪目标方位与移动拍摄设备参考方向之间的实时角度θ，并根据用户选择的拍摄线路跟踪模式、实时距离d和实时角度θ计算得到得到移动拍摄设备的运动速度和运动角度，从而控制移动拍摄设备运动，其中，拍摄线路跟踪模式包括直线模式、S形模式和环绕模式，本实施例解决了拍摄线路模式固定单一的问题，实现了在对跟踪目标跟踪的同时，能控制拍摄轨迹曲线的形状，能实现直线形、S形及圆形之间的自由切换及控制，达到了能根据用户需求对跟踪目标的多角度拍摄的效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种目标跟踪拍摄线路的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

获取跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离，及跟踪目标方位与移动拍摄设备参考方向之间的实时角度；

根据用户选择的拍摄线路跟踪模式、所述实时距离和实时角度得到移动拍摄设备的运动速度和运动角度，从而控制移动拍摄设备运动；其中，所述拍摄线路跟踪模式包括直线模式、S形模式和环绕模式。

2.根据权利要求1所述的目标跟踪拍摄线路的控制方法，其特征在于，所述根据用户选择的拍摄线路跟踪模式、所述实时距离和实时角度得到移动拍摄设备的运动速度和运动角度，从而控制移动拍摄设备运动包括：

根据公式：

计算移动拍摄设备的运动速度及运动角度；其中，v_q＝K·(d_ref-d)；

s_q＝∑v′_q·T_s；v′_q＝v·cos(β-θ)；v为运动速度；v_d为切向速度；v_q为径向速度；β为运动角度；θ为实时角度；K为一常数；d_ref是设定的距离参考值；d为跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离；c为常数；A为波动幅度；s_q为径向移动距离；v′_q为运动速度v在径向参考方向上的速度投影；T_s为速度采样周期，为一恒定值；

根据计算的运动速度和运动角度控制移动拍摄设备运动。

3.根据权利要求1所述的目标跟踪拍摄线路的控制方法，其特征在于，所述获取跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离，及跟踪目标方位与移动拍摄设备参考方向之间的实时角度之前，还包括：

获取用户选择的拍摄线路跟踪模式。

4.根据权利要求3所述的目标跟踪拍摄线路的控制方法，其特征在于，所述获取用户选择的拍摄线路跟踪模式具体包括：

接收用户通过移动终端或者手势识别方式输入的跟踪模式切换指令；

获取所述跟踪模式切换指令对应的拍摄线路跟踪模式。

5.一种目标跟踪拍摄线路的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

参数获取模块，用于获取跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离，及跟踪目标方位与移动拍摄设备参考方向之间的实时角度；

控制模块，用于根据用户选择的拍摄线路跟踪模式、所述实时距离和实时角度得到移动拍摄设备的运动速度和运动角度，从而控制移动拍摄设备运动；其中，所述拍摄线路跟踪模式包括直线模式、S形模式和环绕模式。

6.根据权利要求5所述的一种目标跟踪拍摄线路的控制系统，其特征在于，所述控制模块具体包括：

计算单元，用于根据公式：

计算移动拍摄设备的运动速度及运动角度；其中，v_q＝K·(d_ref-d)；

s_q＝∑v′_q·T_s；v′_q＝v·cos(β-θ)；v′_q＝v·cos(β-θ)；v为运动速度；v_d为切向速度；v_q为径向速度；β为运动角度；θ为实时角度；K为一常数；d_ref是设定的距离参考值；d为跟踪目标与移动拍摄设备之间的实时距离；c为常数；A为波动幅度；s_q为径向移动距离；v′_q为运动速度v在径向参考方向上的速度投影；T_s为速度采样周期，为一恒定值；

控制单元，用于根据计算的运动速度和运动角度控制移动拍摄设备运动。

7.根据权利要求5所述的一种目标跟踪拍摄线路的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

模式获取模块，用于获取用户选择的拍摄线路跟踪模式。

8.根据权利要求7所述的一种目标跟踪拍摄线路的控制系统，其特征在于，所述模式获取模块具体包括：

指令接收单元，用于接收用户通过移动终端或者手势识别方式输入的跟踪模式切换指令；

模式获取单元，用于获取所述跟踪模式切换指令对应的拍摄线路跟踪模式。

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